4.1.2 光的折射（实验：测定玻璃的折射率）课件-2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

第四章 光 第1节 光的折射：测量玻璃的折射率(第2课时) 目录 主题(二)实验器材与步骤 主题(三)数据处理与误差分析 主题(一)实验目的与原理 第1节 测量玻璃的折射率 主题(四)注意事项 主题(五)其它方案 i r r i 结论：方向不变，侧移一段距离d。 d 新课引入:单色光经一平行玻璃砖后，传播方向如何? d的大小跟什么因素有关？ 【典例】如图所示，一块两对面平行的玻璃砖的厚度为L=3cm，现测得该玻璃砖的折射率n=，如果光从上表面射入的入射角i为600时，求:从下表面射出玻璃砖的光线相对于入射光线的侧移d? S= 解： 得:r=300 d= n= = β=i-r=300 i d r L d β S = S·sinβ = 如果测量出了i和r，我们也能反算出玻璃的折射率n。 cm = = 一、实验目的与原理： i r 思考1：铅笔直接划过玻璃面确定玻璃砖界面好不好？ 红色激光穿过玻璃的光路图 1.目的： 测量玻璃的折射率。 2.原理： n= 思考2：没有激光能否确定光路的光线从而测量角度？ 二、实验器材与步骤： i 1 2 3 4 白纸 、大头针若干、铅笔、直尺、量角器 r 1.器材：玻璃砖、 注意：铅笔直接划过玻璃面容易划伤玻璃。 2.步骤： 二、实验器材与步骤： 2.步骤： ①铺纸（将白纸用图钉固定在木板上）； ②在白纸上画一条线a作为界面，过a上的一点O（作为入射点）画法线NN′，并画AO作为入射光线； ③把玻璃砖放在白纸上，使它的一边与a对齐(确保O为实际入射点)，确定玻璃砖的另一界面a′(确保出射点准确) ； 1.器材：玻璃砖、白纸 、大头针、铅笔、直尺、量角器 ④在直线AO上竖直插大头针P1、P2，透过玻璃砖观察P1、P2的像，调整视线让P2挡住P1的像。再在另一侧竖直插上两枚大头针P3、P4 。使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3、P2、P1的像，记下P3、P4位置。 二、实验器材与步骤： 2.步骤： ⑤移去大头针和玻璃砖，过P3、P4所在处作直线DC与a′交于O′（作为实际出射点），直线O′D代表沿AO方向的入射光通过玻璃砖后的传播方向； 二、实验器材与步骤： ⑥连接OO′，入射角1=∠AON ，折射角2＝ ∠N′OO′，用量角器量出入射角和折射角，求出对应的正弦值，记录在表格中； ⑦用上述方法求出入射角分别为300、450、 600的折 射角，查出它们的正弦值，填入表格； ⑧算出不同入射角时的入射角与折射角的正弦比值，最后求出几次实验的平均值为折射率. 2.步骤： 二、实验器材与步骤： 2.步骤： 三、数据处理与误差分析： 1.数据处理： ①平均值法 ①算出不同入射角时的比值，最后求出在几次实验中所测的平均值，即为玻璃砖的折射率。 ②图像法 ②以sinθ1值为横坐标、以sinθ2值为纵坐标，建立直角坐标系，如图所示。描数据点，过数据点连线得一条过原点的直线。求解图线斜率k，则k=，故玻璃砖折射率n= 。 三、数据处理与误差分析： = = n= = 思考3:没有量角器能确定折射率吗？ 1.数据处理： ①平均值法 ②图像法 ③作图法 三、数据处理与误差分析： 1.数据处理： ①平均值法 ②图像法 ③作图法   产生原因 减小方法 偶然 误差 入射、折射光线画不精确 两大头针间距适当大些 入射角、折射角测不准 入射角适当大些 2.误差分析 ①偶然误差 ②系统误差 (无) 四、注意事项： 5.玻璃砖应选用宽度较大的，宜在5cm以上。若宽度太小，则测量误差较大。 1.实验时，尽可能将大头针竖直插在纸上，且大头针之间及大头针与光线转折点之间的距离要稍大一些。 2.入射角θ1应适当大一些，以减小测量角度的误差，但入射角不宜太大。 3.在操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁面，更不能把玻璃砖界面当尺子画界线。 4.在实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。 五、其它方案： [差异解读] (1)用水代替玻璃。 (2)用激光发出的光代替插针法对光线的确定 [差异解读] (1)用半圆形玻璃砖代替平行玻璃砖。 (2)用激光发出的光代替插针法对光线进行确定。 (3)用带角度的背景板取代量角器。 半圆形水槽 [典例1]　在“测量玻璃的折射率”实验中： (1)为了取得较好的实验效果，下列说法正确的________。 A．必须选用上下表面平行的玻璃砖 B．选择的入射角应尽量小些 C．大头针应垂直地插在纸面上 D．大头针P1和P2及P3和P4之间的距离适当大些 实验原理与操作 CD (2)A同学在画界面时，不小心将两界面aa′和bb′间距画得比玻璃砖宽度大些，如图甲所示，则他测得的折射率________(选填“偏 大”“偏小”或“不变”)。 (3)B同学在量入射角和折射角时，由于没有量角器，在完成了光路图以后，以O点为圆心，OA为半径画圆，并延长OO′交圆于C点，过A点和C点作垂直于法线的直线分别交于B点和D点，如图乙所示，则他只需要测量_________________，就可求出玻璃的折射率n＝________(用所测量的物理量表示)。 偏小 AB、CD的长度 AB CD 思考：若在插针时微移了玻璃砖，则他测得的折射率________ 不变 数据处理和误差分析 [典例2]　在“测量玻璃的折射率”实验中，某同学正确操作插好了4枚大头针，如图甲所示。(1)在图乙中画出完整的光路图。 (2)对画出的光路图进行测量和计算，求得该玻璃砖的折射 率n＝______________________________(保留三位有效数字)。 (3)为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象，某同学做了两次实验，经正确操作插好了8枚大头针，如图丙所示。图中P1和P2是同一入射光线上的2枚大头针，其对应出射光线上的2枚大头针是P3和________(填“A”或“B”)。 1.53(1.50-1.56皆可) A 创新考查角度和创新思维 1．[实验器材的创新]用圆弧状玻璃砖做测量玻璃折射率的实验时，先在白纸上放好圆弧状玻璃砖，在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针P1、P2，然后在玻璃砖的另一侧观察，调整视线使P1的像被P2挡住，接着在眼睛所在的一侧依次插两枚大头针P3和P4，使P3挡住P1和P2的像，P4挡住P3以及P1和P2的像，在纸上标出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓，如图甲所示，其中O为两圆弧圆心，图中已画出经过P1、P2点的入射光线。 (1)在图上补画出所需的光路。 (2)为了测出玻璃的折射率，需要测量入射角i和折射角r，请在图中的AB分界面上画出这两个角。 (3)用所测物理量计算折射率的表达式为n＝______。 (4)多次改变入射角，测得几组入射角和折射角，根据测得的入射角和折射角的正弦值，画出如图乙所示的图像，由图像可知该玻璃的折射率n＝__________ 1.5 2．[实验器材、实验数据处理的创新]某同学测量玻璃的折射率，准备了下列器材：激光笔、直尺、刻度尺、一面镀有反射膜的平行玻璃砖。如图所示，直尺 与玻璃砖平行放置，激光笔发出的一束激光从直尺上O点射向玻璃砖表面，在直尺上观察到A、B两个光点，读出OA间的距离为20.00 cm，AB间的距离为6.00 cm，测得图中直尺到玻璃砖上表面距离为d1＝10.00 cm，玻璃砖厚度d2＝4.00 cm。此玻璃的折射率n＝________， 光在玻璃中传播速度v＝___________m/s(光在 真空中传播速度c＝3.0×108 m/s，结果均保留 两位有效数字)。 创新考查角度和创新思维 1.2 2.5×108 课堂练习 1．在“测量玻璃的折射率”实验时， (1)下列做法正确的是________。 A．入射角越大，误差越小 B．在白纸上放好玻璃砖后，用铅笔贴着玻璃砖的光学面画出界面 C．实验时既可用量角器，也可用圆规和直尺等工具进行测量 D．判断像与针是否在同一直线上时，应该观察大头针的头部 (2)小明同学经正确操作后，在纸上留下四枚大头针的位置P1、 P2、P3和P4，AB和CD是描出的玻璃砖的两个边界，如图所示， 请画出光路图。 C 2．用“插针法”测量透明半圆柱形玻璃砖的折射率，O为玻璃砖截面的圆心，使入射光线跟玻璃砖的平面垂直，下面4个图中P1、P2、P3和P4是4个学生实验时插针的结果。 (1)在这4个图中，肯定把针插错了的是______。 (2)在这4个图中，可以比较准确地测 出玻璃砖的折射率的是______，计算 折射率的公式是__________。(对右侧 面用θ1表示入射角，θ2表示折射角) 课堂练习 A D 3．现要估测一矩形玻璃砖的折射率n，给定的器材有：待测玻璃砖、白纸、铅笔、大头针1枚、直尺、直角三角板。实验时，先将直尺的一端O和另一点M标上两个明显的标记，再将玻璃砖平放在白纸上，沿其两个长边在白纸上画出两条直线AB、CD，再将直尺正面紧贴玻璃砖的左边缘放置，使O点与直线CD相交，并在白纸上记下点O、M的位置，如图所示，然后在右上方通过AB所在界面向左下方观察，调整视线方向，直到O点的像与M点的像重合，再在AB直线上插上大头针，使大头针挡住M、O的像，记下大头针P点的位置。 (1)请在原图上作出光路图； (2)计算玻璃砖的折射率的 表达式为：n＝____________ (用字母P和图中已知线段字 母表示)。 课堂练习 OP/OM ①___________________________________________； ②___________________________________________。 课堂练习 4.如图所示，当光以一定的入射角透过一块玻璃砖时，只要找出与入射光线AO相对应的出射光线O′D，就能够画出光从空气射入玻璃后的折射光线OO′，于是就能测量入射角θ1、折射角θ2。根据折射定律，就可以求出玻璃的折射率了。 怎样确定与入射光线AO相对应的折射光线OO'?把玻璃砖放在木板上，下面垫一张白纸，在纸上描出玻璃砖的两个边a和a'。然后，在玻璃砖的一侧插两个大头针A、B，AB的延长线与直线a的交点就O。 （1）眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针，使B把_____挡住。如果在眼睛这一侧再插第三个大头针C，使它把______挡住，插第四个大头针D，使它把______挡住，那么大头针______就确定了从玻璃砖射出的光线。 （2）在白纸上描出光线的径迹，测量θ1、θ2的角度， 就能计算玻璃的折射率_________。 （3）实验中，应该采取哪些措施以减小误差?写出两个。 A AB ABC CD 玻璃砖应选用宽度较大的，大约5cm 大头针竖直插在纸，且距离适当大点 5.（2022·江苏江苏·二模）某同学用“插针法”测量平行玻璃砖的折射率。如图所示，直线与之间的距离等于玻璃砖的厚度，a、b、c、d为大头针的位置，下列说法中正确的是（　　） A．该同学在插大头针c时，只要使其挡住b的像即可 B．若实验时玻璃砖向上平移微小距离，测量值偏大 C．若实验时玻璃砖向上平移微小距离，结果不受影响 D．“插针法”实验只能用来测量平行玻璃砖的折射率 C 课堂练习 6.某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率,实验后留下的痕迹如图所示,设AB的长度为l1,AO的长度为l2,CD的长度为l3,DO的长度为l4,为较方便地表示出玻璃砖的折射率,只需用刻度尺测量________和________(均选填“l1”“l2” “l3”或“l4”),则玻璃砖的折射率可表 示为________。  课堂练习 7.学校开展研究性学习，某研究小组的同学根据所学的光学知识，设计了一个测量液体折射率的仪器，如图所示。在一圆盘上，过其圆心O作两条互相垂直的直径BC、EF，在半径OA上，垂直盘面插下两枚大头针P1、P2，并保持P1、P2位置不变，每次测量时让圆盘的下半部分竖直进入液体中，而且总使得液面与直径BC相平，EF作为界面的法线，而后在图中右上方区域观察P1、P2的像，并在圆周上插上大头针P3，使P3正好挡住P1、P2的像，同学们通过计算，预先在圆周EC部分刻好了折射率的值，这样只要根据P3所插的位置，就可以直接读出液体折射率的值，则： (1)若∠AOF＝30°，OP3与OC的夹角为30°，则P3 处所对应的折射率的值为________。 (2)图中P3、P4两位置________处所对应的折射率大。 (3)作AO的延长线交圆周于点K，点K处所对应的折 射率的值应为________。 1 课堂练习 P4 谢 谢 观 看 学科网 rbm.xkw.com rbm.xkw.com rbm.xkw.com Lavf58.20.100 学科网版权所有 $$null